Elementos Básicos do Hardware de um Relé Digital

Figura 3.24. Representação da lógica do esquema de bloqueio por comparação direcional.

3.7.2.2 Esquema de Desbloqueio por Comparação Direcional

O esquema de sobrealcance permissivo pode ser modificado de modo a operar como um esquema de desbloqueio por comparação direcional, do inglês directional comparison unblocking (DCUB). Neste esquema, também chamado de esquema de desbloqueio por sobrealcance, um sinal de bloqueio é continuamente transmitido. Quando o elemento de segunda zona de um relé detectar a falta, o sinal transmitido passa ser o de desbloqueio. O relé no terminal remoto dará o comando de abertura ao disjuntor, caso receba o sinal de desbloqueio e seu elemento de segunda zona tenha detectado a falta. Isso permite uma rápida extinção de faltas internas a zona de proteção.

Este esquema possui a confiabilidade de um esquema de bloqueio e a segurança de um esquema de disparo permissivo sobrealcance. Assim, ele é o mais utilizado dentre os esquemas de bloqueio, exceto em situações nas quais não é possível transmitir um sinal continuamente pelo canal de comunicação.

3.8 ELEMENTOS BÁSICOS DO HARDWARE DE UM RELÉ DIGITAL

A arquitetura básica do hardware de relés digitais pode ser utilizada na proteção de qualquer equipamento. De fato, as diferentes funções de proteção são implementadas via software. Este

3.8 – Elementos Básicos do Hardware de um Relé Digital 46

hardware pode ser subdividido em unidades com funções bem definidas, conforme ilustrado na Figura 3.25 (JOHNS; SALMAN, 1995).

3.8.1 Unidade de Condicionamento de Sinais

A unidade de condicionamento de sinais é responsável por adequar os sinais de tensão e corrente para serem processados no relé.

Transformadores Auxiliares

Os transformadores auxiliares são responsáveis por adequar os sinais dos secundários dos trasnformadores para instrumento instalados no sistema de potência, aos níveis compatíveis com os utilizados nos circuitos digitais do relé. Além disso, são responsáveis pelo isolamento elétrico dos circuitos e pela proteção do sistema de aquisição de dados contra surtos nos sinais de entrada.

Filtros Analógicos Anti-aliasing

Os transitórios eletromagnéticos originados por faltas possuem componentes de alta frequên- cia. Para evitar a ocorrência do efeito de sobreposição de espectro, do inglês aliasing, durante o processo de amostragem dos sinais, utiliza-se um filtro analógico passa-baixas para filtrar essas componentes de alta frequência (OPPENHEIM; SCHAFER, 1989).

Um filtro ideal tem uma faixa de passagem com ganho unitário e uma faixa de corte com

Transformadores Auxiliares v_a v_b v_c v₀ i_a i_b i_c i 0 Filtros Analógicos Anti-aliasing S/H S/H S/H S/H S/H S/H S/H S/H Circuitos de Sample / Hold M U X Circuito Multiplexador A/D Conversor Analógico / Digital Clock Circuito de Clock CPU Barramento Principal Memória Entradas Lógicas Saídas Lógicas Unidade de Condicionamento de Sinais Unidade de Aquisição de Dados Unidade de Processamento de Dados Unidade de Memória Unidade de

Interface Lógica Estados Lógicos de

Disjuntores e Mensagens de Disparo/Bloqueio

Sinais de Disparo para Disjuntores e Mensagens

de Disparo/Bloqueio COM

Unidade de Comunicação

3.8 – Elementos Básicos do Hardware de um Relé Digital 47

ganho zero, com uma transição abrupta entre essas faixas. Todavia, na prática essa transição é gradual e está localizada numa faixa de frequência finita, denominada faixa de transição. Além disso, as faixas de passagem e de corte devem ser especificadas tomando-se uma margem de tolerância para o ganho do filtro.

Na Figura 3.26, ilustra-se uma representação gráfica das especificações de projeto de um filtro passa-baixas. As frequências ωp e ωs dividem as frequências nas faixas de passagem, transição e corte. A frequência ωc é denominada de frequência de corte e representa a frequência na qual o ganho do filtro é de -3 dB. As variáveis δ1e δ2 são as tolerâncias nas faixas de passagem e corte, respectivamente.

O tipo do filtro e sua ordem influenciam sobremaneira no seu projeto. De fato, para se diminuir a faixa de transição, é necessário aumentar a ordem do filtro, mas, em contra partida, isto aumenta o tempo de subida de sua resposta ao degrau, o que é indesejado em aplicações de proteção de sistemas elétricos de potência.

Os filtros mais usuais são os de Butterworth, Chebyshev e Elíptico (THEDE, 2004). Con- tudo, os de Butterworth são os mais empregados em relés digitais, por não apresentarem osci- lações na sua faixa de passagem (SCHWEITZER; HOU, 1993).

3.8.2 Unidade de Aquisição de Dados

A unidade de aquisição de dados é responsável por digitalizar os sinais analógicos oriundos da unidade de condicionamento de sinais.

1 + d₁ 1 - d1 d 2 w p ws w | (H jw)| Faixa de Passagem Faixa de Transição Faixa de Corte w c 1 Ö2

3.8 – Elementos Básicos do Hardware de um Relé Digital 48

Circuito Sample/Hold

A função básica do circuito sample/hold é a de capturar e manter constante um sinal analógico durante um intervalo de tempo de amostragem, para que o mesmo seja aplicado num circuito conversor analógico/digital (A/D). Dessa forma, evita-se que durante a conversão A/D o sinal esteja variando.

Circuito Multiplexador

Os circuitos multiplexadores são usados para partilhar o tempo entre os diferentes canais de informação analógica, de modo que se possa realizar a conversão A/D de cada um deles. De fato, as suas entradas são as saídas dos circuitos sample/hold. Ele consiste basicamente de um conjunto de chaves analógicas com suas entradas conectadas em cada canal analógico individual e as saídas conectadas em comum. Cada uma das chaves conduz por vez, sendo o seu endereçamento feito a partir de uma codificação digital, sincronizada a partir do circuito de clock.

Conversor A/D

O conversor A/D realiza a transformação do sinal analógico em uma palavra digital de vários bits, tipicamente de 8 a 16 bits. As técnicas de conversão A/D mais usuais são: conversão de rampa linear, aproximação sucessiva, conversão flash e delta-sigma. Contudo, a mais utilizada em relés digitais é a conversão por aproximação sucessiva (JOHNS; SALMAN, 1995).

3.8.3 Unidade de Memória

Basicamente, a unidade de memória deve armazenar os valores das amostras e todo o soft- ware do relé: os algoritmos de estimação de fasores, lógica de teleproteção e funções de proteção. Além disso, ela também armazena os parâmetros de ajuste do relé e dados de oscilografia.

3.8.4 Unidade de Comunicação

A principal função da unidade de comunicação é prover uma interface que permite o inter- câmbio de informações com o relé, como os ajustes de seus parâmetros e a coleta de dados de

3.9 – Resumo 49

oscilografia. Para tanto, os relés são dotados de diversos meios de comunicação como o serial e o ethernet, via conexão RJ45 ou fibra ótica.

3.8.5 Unidade de Interface Lógica

A unidade de interface lógica consiste do conjunto de entradas lógicas e saídas digitais do relé, no que dizem respeito aos estados lógicos, sinais de comando de disjuntores e as mensagens de disparo e bloqueio dos esquemas de teleproteção.

3.8.6 Unidade de Processamento de Dados

A unidade de processamento de dados controla o funcionamento do relé, executa os algo- ritmos de estimação de fasores e de proteção e avalia a lógica da teleproteção. Como resultado, esta unidade é responsável pela decisão sobre o envio dos sinais de comando para a abertura dos disjutores locais e de disparo ou bloqueio para os relés nos terminais remotos da linha.

3.9 RESUMO

Neste Capítulo, foram apresentados os conceitos fundamentais da proteção de distância de linhas de transmissão, os quais foram utilizados nesta tese para avaliar o desempenho do relé de distância frente aos diferentes algoritmos de estimação de fasores.